【正文】 larger oscillation, so the actual is used in cascade control and cascade control main controller adopts the integral separation PID control scheme. At the same time, the single parameter fuzzy PID control and programmable controller logic instructions to bine, the PID control more flexible, to better meet the requirements of the production process. Using WINCC PC and Siemens S7200PLC machine consists of a stable temperature control system, has reached the purpose of temperature control, once the temperature does not reach the set value, monitoring software to monitor out, send a signal to transfer to the PLC for the control of a distillation column motor speed, which increases or decreases the speed, the temperature reaches set value. The actual operation 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） IV results showed that PLC is applied to the distillation column temperature control system feasibility and accuracy. KEY WORDS: programmable logic controller， temperature control， WINCC PC， PID control 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） V 目 錄 前 言 ....................................................................................................... 1 第 1 章 緒 論 .......................................................................................... 2 精餾塔的發(fā)展過程 ..................................................................... 2 精餾塔簡介 ....................................................................... 2 精餾塔的發(fā)展過程 .......................................................... 2 自動化技術(shù)在精餾塔控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 而精餾系統(tǒng)又是石化工業(yè)的重中之重。精餾技術(shù)的任何進步，都會極大刺激化學(xué)加工工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，同樣在石油、化學(xué)加工工業(yè)發(fā)展的每一個歷史階段都會對精餾設(shè)備技術(shù)提出更高的要求。 精餾塔溫度控制系統(tǒng)主要由 PLC控制程序和 WINCC人機監(jiān)控界面實現(xiàn)塔內(nèi)溫度的實時調(diào)節(jié)與監(jiān)控。當(dāng)塔底溫度過高且 塔頂溫度過低時 ， 過多的原料會以氣體的形式蒸發(fā)反之 ， 當(dāng)塔底的溫度過低時 ， 則會成過多的釜殘 ， 導(dǎo)致物料損耗大 。 國外新型板式塔的發(fā)展是將 MD塔板的懸掛 降液管技術(shù)移植到常規(guī)板式塔上，增加了塔板的鼓泡面積，提高了塔設(shè)備的處理能力。這種超重力離心分離機具有極為優(yōu)良的傳質(zhì)效率和處理能力特性。針對以上情況 ， 開發(fā)了一種以西門子 S7200 PLC為核心的精餾塔溫度控制系統(tǒng)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 緒 論 精餾塔的發(fā)展過程 精餾塔簡介 精餾 塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的的設(shè)備之一?？稍谒O(shè)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。 從精餾設(shè)備的歷史發(fā)展來看，精餾技術(shù)與石油、化學(xué)加工工業(yè)的發(fā)展是相輔相成、相互刺激、共同進步的發(fā)展關(guān)系。 精餾塔的發(fā)展過程 塔設(shè)備的廣泛應(yīng)用是伴隨著十九世紀(jì)初期迅猛發(fā)展的煉油工業(yè)，并且隨著煉油和石化企業(yè)的不斷發(fā)展而成為主導(dǎo)的工業(yè)單元操作過程。 泡罩塔板對設(shè)計水平要求不高、對各類操作的適應(yīng)能力強、對操作控制要求低等特性在當(dāng)時被認(rèn)為是無可替代的板型。從 1832年開始用于釀造工業(yè)，是出現(xiàn)較早并獲得廣泛應(yīng)用的一種塔型。 20世紀(jì)初，隨著煉油工業(yè)的發(fā)展和石油洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 化學(xué)工業(yè)的興起，塔設(shè)備開始被廣泛采用，并逐漸積累了有關(guān)設(shè)計、制造、安裝、操作等方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。 2． 階段 II (50～ 70年代 )： 浮閥塔板的開發(fā) FRI的成立系統(tǒng)化的設(shè)計方法 ， 1955年 Monsanto公司的 Bolles發(fā)表了著名的 “ 泡罩塔板設(shè)計手冊 ” ，首先提出了科學(xué)的、規(guī)范化塔板設(shè)計技術(shù)，該方法到目前為止仍然廣泛流行。在此期間，許多學(xué)者總結(jié)了塔設(shè)備長期操作的經(jīng)驗，并對篩板塔作 了系統(tǒng)研究，認(rèn)為設(shè)計合理篩板塔，不僅保留了制造方便、用材省、處理能力大等優(yōu)點，而且操作負(fù)荷在較大范圍內(nèi)變動時，仍能保持理想的效率。 3． 階段 III (70～ 90年代 )： 大型液體分布器的基礎(chǔ)研究 ， 使得填料塔的放大研究成功，在減壓塔中應(yīng)用獲得極大的經(jīng)濟效益和社會效益。新型高性能浮閥塔板的開發(fā)及應(yīng)用 。據(jù)有關(guān)資料報道，煉油裝置的年處理能力也達 1000 萬噸，年產(chǎn) 60～ 90 萬噸的乙烯工廠、 60 萬噸的甲醇工廠、45 萬噸的氯乙烯工廠、 34 萬噸的低密度聚乙烯工廠、 萬噸的苯乙烯工廠以及 萬噸的異丙苯工廠，也將相繼興建。直徑在 10m 以上的板式塔時有出現(xiàn)（如某煉油廠的減壓蒸餾塔塔徑為 ，并在醞釀設(shè)計 18m 直徑的塔），塔板數(shù)多達上百塊，塔的高度達 80 余米，設(shè)備重量有幾百噸（操作時的最大塔重可達 1500 噸）；洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 填料塔的最大直徑也有 15m，塔高達 100m。在此期間，為了滿足設(shè)備大型化以及化工工藝方面提出的高壓、減壓、高操作彈性等特殊要求，又出現(xiàn)了很多新型塔盤，但按其結(jié)構(gòu)特點，仍屬泡罩、篩板、浮閥、舌型等幾種典型塔型的改進或相互結(jié)合。屬于顆粒型填料的有：海佐涅爾（ Hydronyl）填料、階梯環(huán)（ Cascade mini ring）填料、多角螺旋填料、金屬鞍環(huán)填料（ Intalox metal pakcing）、比阿雷茨基環(huán)（ Bialecki ring）、萊瓦填料（ Levapak）以及它們的改進型式。同時，還創(chuàng)建了使小球浮動萊強化傳質(zhì)的湍球塔 [ 1]。新中國成立以后，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，陸續(xù)建立了一批現(xiàn)代化的石油化工裝置。 目前，我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和 舌形塔等，填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。對多降液管塔盤、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等，也都作了較多的研究，并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 自動化技術(shù)在精餾塔控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 精餾過程一個非常復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程，其內(nèi)在機理復(fù)雜，具有較長死時延滯、相互關(guān)聯(lián)的多變量系統(tǒng)，動態(tài)特性分析復(fù)雜且困難 ,難以進行變量配對，約束條件復(fù)雜，工藝對控制質(zhì)量提出的要求又較高，這些使其成為過程控制界多年來理論研究和實踐的熱 點，所以自動化控制技術(shù)在精餾塔操作過程中的應(yīng)用是極為重要的課題之一。此外，人們還開發(fā)出了一些專用或通用的商業(yè)化軟件，應(yīng)用于精餾塔的控制。精餾過程是在一定約束條件下進行的，可從四個方面來衡量自動化控制技術(shù)的應(yīng)用。通常，滿足一端的產(chǎn)品質(zhì)量，即塔頂（或塔釜）產(chǎn)品達到規(guī)定純度，而另一端產(chǎn)品的純度維持在規(guī)定范圍內(nèi)即可。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 為此，應(yīng)當(dāng) 取塔頂或塔釜的產(chǎn)品質(zhì)量作為被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)，它需要能測出產(chǎn)品成分的分析儀表。所以，質(zhì)量控制系統(tǒng)目前并不多見，而是通過能間接控制質(zhì)量的溫度控制系統(tǒng)來代替。為此，必須對冷凝液罐（回流罐）與塔釜液位進行控制，使其介于規(guī)定上、下限 之間。常用的精餾過程的約束條件有以下幾點： （ 1） 液泛限：是指精餾過程中上升蒸汽速度的最大限。 （ 2） 漏液限：是指精餾過程中上升蒸汽速度的最小限。 為了防止液泛現(xiàn)象和漏液現(xiàn)象，可以通過塔壓降或者壓力差來監(jiān)視氣相速度，一般控制氣相速度在液泛附近略小 于液泛點比較好。 （ 3） 壓力限：一般是指最大操作壓力限。 （ 4） 正常傳熱 臨界溫度限：主要是指再沸器兩側(cè)的溫差限度，當(dāng)這一溫差高于臨界溫差時，給熱系數(shù)會急劇下降，傳熱量也會隨之下降，不能保證塔的正常傳熱需求。 3． 控制精餾塔平穩(wěn)操作 為了保證塔的平穩(wěn)操作，必須將進塔之前的主要可控干擾盡可能 的克服，同時盡可能緩和一些不可控的主要干擾。控制塔內(nèi)壓力穩(wěn)定，對精餾過程的平衡操作是十分必要的。精餾過程的能量消耗主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗，精餾塔和附屬設(shè)備及管線也要散失一部分能量。 精餾過程的基本自動控制 1． 被控變量和操縱變量的配對選擇 精餾過程有多個被控變量和多個操縱變量，合理選擇它們的配對，能有效地減少系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，并能使精餾塔的平穩(wěn)操作。（ 2） 塔兩端產(chǎn)品流量較小者，應(yīng)作為操縱變量去控制塔的產(chǎn)品質(zhì)量。 2． 精餾過程的控制方案 （ 1）按產(chǎn)品成分或物性直接控制。 （ 2）按照溫度間接控制。因此，絕大多數(shù)精餾塔在當(dāng)塔壓恒定時采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。精餾段溫度控制的操縱變量可選擇回流量或塔頂采出量。采用塔頂溫度作為被控變量，能夠直接反映產(chǎn)品質(zhì)量，但因鄰近塔頂處塔板之間的溫度差很小，該控制方案對溫度檢測裝置提出較高要求，因此，采用塔頂溫度控制塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的控制方案很少采用，主要用于石油產(chǎn)品按沸點的粗級切割餾分處理。也可將塔頂采出量作為操縱變量，但應(yīng)用較少。 （ 3）按照溫差間接控制。精密精餾時，用溫度作為被控變量就能很好地代表產(chǎn)品的成分，溫度的變化可能是成分和壓力兩個變量都變化的結(jié)果。 論文選題的目的和意義 精餾塔是化工生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型分離設(shè)備。經(jīng)多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實現(xiàn)分離的目的，滿足化工連續(xù)化生產(chǎn)的需要。維持正常的塔釜溫度，可以避免輕組分流失，提高物料的回收率，也可減少殘余物料的污染作用。一般情況下精餾塔塔釜的溫度，我們是通過控制精餾塔釜內(nèi)靈敏板的溫度來控制的。以往調(diào)節(jié)只是采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器單一回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)反應(yīng)慢，時間滯后，對精餾操作而言，產(chǎn)品的純度很難保證。這些都給自動控制帶來一定的困難。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。國外精餾系統(tǒng)發(fā)展的相當(dāng)先進。在 20世紀(jì) 80年代初期，國外開發(fā)了一種超重力精餾分離傳質(zhì)機器一 Higee。 目前 , 國內(nèi)精餾塔設(shè)備的溫度控制系統(tǒng)一般采用溫控儀 + 繼電器 進行控制 , 雖具有價格優(yōu)勢 , 但在控制功能上受到許多限制 , 如精度差、超調(diào)量大以及無法實施綜合控制與監(jiān)控等 , 因此 , 很難滿足生產(chǎn)的要求。該控溫系統(tǒng)具有控溫精度高和硬件簡單的特點。我們此次設(shè)計就是要設(shè)計一個精餾塔溫度的控制系統(tǒng)。 論文的主要工作包括： 1． 進行精餾溫度控制系統(tǒng)的總體方案的制定。 3． 進行精餾溫度控制系統(tǒng)的算法的研究。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 論文技術(shù)路線 1． PLC技術(shù) PLC技術(shù)可編程控制器（ Programmable Logical Controller）簡稱 PLC，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù) 和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有可靠性高、模塊化組合靈活、功能強、編程方便、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、安裝維護簡單以及運行速度快等特點。 2． 現(xiàn)場總線技術(shù) 現(xiàn)場總線技術(shù)根據(jù)國際電工委員會 (IEC)和美國儀表協(xié)會 (ISA)的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線使數(shù)字通信總線一直延伸到現(xiàn)場儀表 [4]。通過 MPI方式與 PLC進行通信，實現(xiàn)不間斷的數(shù)字信息傳輸。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第 2 章 精餾 溫控系統(tǒng) 工藝流程 精餾溫控系統(tǒng)原理 混合物的分離是化工生產(chǎn)中的重要過程。非均相物系的分離主要依靠質(zhì)點運動與流體流動原理實現(xiàn)分離。 均相物系的分離條件是必須造成 一個兩相物系，然后依據(jù)物系中不同組分間某種物性的差異，使其中某個組分或某些組分從一相向另一相轉(zhuǎn)移，以達到分離的目的。通常，將低沸點的組分稱為易揮發(fā)組分，高的稱為難揮發(fā)組分。再沸器的作用是提供一定